Fiche technique de la LED CMS 23-21B Orange Brillant - Boîtier 2.0x1.25x0.8mm - Tension 1.75-2.35V - Puissance 60mW - Document Technique FR

1. Vue d'ensemble du produit

La 23-21B est une LED à montage en surface (CMS) conçue pour les applications nécessitant un indicateur ou une source de rétroéclairage orange brillant. Elle utilise une puce en AlGaInP (Phosphure d'Aluminium Gallium Indium) pour produire sa couleur orange caractéristique, avec un encapsulant en résine transparente. Ce composant est nettement plus petit que les LED traditionnelles à broches, permettant une densité de montage plus élevée sur les cartes de circuits imprimés (PCB), une réduction de la taille des équipements et un poids global plus léger, ce qui le rend idéal pour les applications à espace restreint et miniatures.

Les principaux avantages de cette LED incluent sa compatibilité avec les équipements d'assemblage automatisés standard (pick-and-place) et les procédés de soudure courants tels que le refusion infrarouge et en phase vapeur. C'est un produit sans plomb, conforme à la directive RoHS (Restriction des Substances Dangereuses), aux règlements REACH de l'UE et aux exigences sans halogène (Br <900 ppm, Cl <900 ppm, Br+Cl < 1500 ppm). Le dispositif est fourni sur bande de 8mm enroulée sur des bobines de 7 pouces de diamètre pour une manipulation efficace en production.

2. Spécifications techniques et interprétation objective

2.1 Caractéristiques maximales absolues

Ces valeurs définissent les limites au-delà desquelles des dommages permanents au dispositif peuvent survenir. Le fonctionnement dans ces conditions n'est pas garanti.

• Tension inverse (VR) :5V. Dépasser cette tension en polarisation inverse peut provoquer un claquage de la jonction.
• Courant direct continu (IF) :25 mA. Le courant continu maximal pour un fonctionnement fiable à long terme.
• Courant direct de crête (IFP) :50 mA. Ce courant pulsé (cycle de service 1/10 à 1 kHz) est valable pour un fonctionnement de courte durée et non continu.
• Puissance dissipée (Pd) :60 mW. La puissance maximale que le boîtier peut dissiper à une température ambiante (Ta) de 25°C. Cette valeur se dégrade avec l'augmentation de la température ambiante.
• Décharge électrostatique (ESD) Modèle du Corps Humain (HBM) :2000V. Cela indique un niveau modéré de robustesse aux ESD. Des précautions de manipulation standard contre les ESD (postes de travail mis à la terre, bracelets) sont toujours recommandées pendant l'assemblage.
• Température de fonctionnement (Topr) :-40°C à +85°C. La plage de température ambiante dans laquelle le dispositif est spécifié pour fonctionner.
• Température de stockage (Tstg) :-40°C à +90°C.
• Température de soudure (Tsol) :Soudure par refusion : pic à 260°C maximum pendant 10 secondes. Soudure manuelle : température de la panne < 350°C maximum pendant 3 secondes par borne.

2.2 Caractéristiques électro-optiques

Ces paramètres sont mesurés dans des conditions de test standard de Ta=25°C et IF=20mA, sauf indication contraire. Ils définissent la performance typique du dispositif.

• Intensité lumineuse (Iv) :45,0 à 112,0 mcd (millicandela). La sortie réelle est classée dans des catégories spécifiques (P1, P2, Q1, Q2). Une tolérance de ±11% s'applique.
• Angle de vision (2θ1/2) :130 degrés (typique). C'est l'angle total pour lequel l'intensité lumineuse est la moitié de l'intensité de crête (sur l'axe). Il indique un diagramme de vision large adapté aux applications d'indication.
• Longueur d'onde de crête (λp) :611 nm (typique). La longueur d'onde à laquelle la distribution spectrale de puissance est maximale.
• Longueur d'onde dominante (λd) :600,5 à 612,5 nm. C'est la longueur d'onde unique perçue par l'œil humain comme la couleur de la lumière. Elle est classée en plages D8 à D11 avec une tolérance de ±1nm.
• Largeur de bande spectrale (Δλ) :17 nm (typique). La largeur du spectre émis à la moitié de l'intensité maximale (FWHM). Une largeur de bande plus étroite indique une couleur plus saturée et pure.
• Tension directe (VF) :1,75 à 2,35 V à IF=20mA. Elle est classée en trois plages (0, 1, 2) avec une tolérance de ±0,1V. Une VF plus faible conduit généralement à une efficacité plus élevée et à moins de génération de chaleur.
• Courant inverse (IR) :10 μA (max) à VR=5V. C'est un paramètre de mesure du courant de fuite ; le dispositif n'est pas conçu pour fonctionner en polarisation inverse.

3. Explication du système de classement

Pour assurer la cohérence de la couleur et de la luminosité en production, les LED sont triées en catégories basées sur des paramètres clés. La 23-21B utilise un système de classement tridimensionnel.

3.1 Classement de l'intensité lumineuse (CAT)

Définit l'intensité lumineuse minimale et maximale pour chaque code de catégorie à IF=20mA.

• P1 :45,0 - 57,0 mcd
• P2 :57,0 - 72,0 mcd
• Q1 :72,0 - 90,0 mcd
• Q2 :90,0 - 112,0 mcd

3.2 Classement de la longueur d'onde dominante (HUE)

Définit la plage de couleur (longueur d'onde) pour chaque code de catégorie.

• D8 :600,5 - 603,5 nm
• D9 :603,5 - 606,5 nm
• D10 :606,5 - 609,5 nm
• D11 :609,5 - 612,5 nm

3.3 Classement de la tension directe (REF)

Regroupe les LED par leur chute de tension directe à IF=20mA, ce qui est important pour le calcul de la résistance de limitation de courant et la conception de l'alimentation.

• 0 :1,75 - 1,95 V
• 1 :1,95 - 2,15 V
• 2 :2,15 - 2,35 V

4. Analyse des courbes de performance

La fiche technique fournit plusieurs courbes caractéristiques qui illustrent le comportement du dispositif dans différentes conditions.

4.1 Intensité lumineuse relative en fonction du courant direct

Cette courbe montre que l'intensité lumineuse augmente avec le courant direct, mais la relation n'est pas parfaitement linéaire, surtout aux courants plus élevés. Elle souligne l'importance d'alimenter la LED à son courant de test spécifié (20mA) pour atteindre l'intensité lumineuse nominale.

4.2 Intensité lumineuse relative en fonction de la température ambiante

Ce graphique démontre l'effet d'extinction thermique commun aux LED : lorsque la température de jonction augmente (en raison d'une température ambiante plus élevée ou de l'auto-échauffement), la sortie lumineuse diminue. La sortie est normalisée à 100% à 25°C. Les concepteurs doivent tenir compte de cette dégradation dans les applications à températures ambiantes élevées.

3.3 Courbe de déclassement du courant direct

C'est un outil de conception critique. Elle montre le courant direct continu maximal autorisé en fonction de la température ambiante. Lorsque la température ambiante augmente, le courant maximal sûr doit être réduit pour éviter de dépasser la température de jonction maximale du dispositif et sa puissance dissipée nominale. Par exemple, à 85°C, le courant continu maximal est nettement inférieur à la valeur nominale de 25mA à 25°C.

4.4 Tension directe en fonction du courant direct

Cette courbe IV (Courant-Tension) montre la relation exponentielle typique d'une diode. La tension directe augmente avec le courant. La pente de la courbe dans la région de fonctionnement aide à déterminer la résistance dynamique de la LED.

4.5 Diagramme de rayonnement

Un diagramme polaire illustrant la distribution spatiale de l'intensité lumineuse. La 23-21B montre un diagramme lambertien ou quasi-lambertien typique, l'intensité diminuant à mesure que l'angle de vision s'éloigne de l'axe central (0°).

4.6 Distribution spectrale

Un graphique de l'intensité relative en fonction de la longueur d'onde, centré autour de la longueur d'onde de crête de ~611 nm. Il confirme la nature monochromatique de la puce AlGaInP avec une largeur de bande spectrale définie.

5. Informations mécaniques et sur le boîtier

5.1 Dimensions du boîtier

La LED a un encombrement CMS compact. Les dimensions clés (en mm, tolérance ±0,1mm sauf indication) incluent :

- Longueur totale : 2,0 mm

- Largeur totale : 1,25 mm

- Hauteur totale : 0,8 mm

- Identifiant de la cathode : Un chanfrein ou un marquage sur le boîtier désigne la borne cathode (négative). Une orientation correcte de la polarité lors du placement est essentielle.

5.2 Patron de pastilles PCB recommandé

Une disposition de pastilles suggérée est fournie pour assurer une soudure fiable et un bon alignement mécanique. La conception des pastilles accueille les bornes du composant et permet la formation d'un cordon de soudure approprié. Suivre cette recommandation aide à prévenir l'effet "tombstoning" et assure une bonne connexion thermique et électrique.

6. Directives de soudure et d'assemblage

6.1 Profil de soudure par refusion (sans plomb)

Un profil de température spécifique est recommandé pour la soudure sans plomb :

- Préchauffage : 150-200°C pendant 60-120 secondes.

- Temps au-dessus du liquidus (217°C) : 60-150 secondes.

- Température de crête : 260°C maximum, maintenue pendant pas plus de 10 secondes.

- Taux de chauffage : Maximum 6°C/seconde jusqu'à 255°C, puis maximum 3°C/seconde jusqu'au pic.

- Taux de refroidissement : Contrôlé pour minimiser les contraintes thermiques.

Important :La soudure par refusion ne doit pas être effectuée plus de deux fois sur le même dispositif.

6.2 Soudure manuelle

Si une réparation manuelle est nécessaire, une extrême prudence est de mise :

- Température de la panne du fer à souder : < 350°C.

- Temps de contact par borne : < 3 secondes.

- Puissance du fer à souder : < 25W.

- Un intervalle minimum de 2 secondes doit être laissé entre la soudure de chaque borne.

- Un fer à souder à double panne est suggéré pour le retrait afin d'appliquer la chaleur uniformément aux deux bornes simultanément et éviter les contraintes mécaniques.

6.3 Stockage et sensibilité à l'humidité

Les LED sont conditionnées dans un sac barrière résistant à l'humidité avec un dessiccant pour empêcher l'absorption de l'humidité atmosphérique, ce qui peut provoquer l'effet "popcorn" (fissuration du boîtier) pendant la refusion.

- Ne pas ouvrir le sac avant d'être prêt à l'emploi.

- Après ouverture, les pièces non utilisées doivent être stockées à ≤30°C et ≤60% d'Humidité Relative (HR).

- La "durée de vie au sol" après ouverture du sac est de 168 heures (7 jours).

- Si la durée de vie au sol est dépassée ou si l'indicateur de dessiccant montre une saturation, un séchage à 60 ±5°C pendant 24 heures est requis avant la refusion.

7. Conditionnement et informations de commande

7.1 Spécifications de la bobine et de la bande

Le dispositif est fourni en bande porteuse gaufrée :

- Largeur de bande : 8 mm.

- Diamètre de la bobine : 7 pouces (178 mm).

- Quantité par bobine : 2000 pièces.

- Les dimensions de la bobine (moyeau, flasque) sont fournies pour la compatibilité avec les chargeurs automatiques.

7.2 Explication de l'étiquette

L'étiquette de la bobine contient des informations critiques pour la traçabilité et l'application correcte :

- CPN : Numéro de produit du client (optionnel).

- P/N : Numéro de pièce du fabricant (23-21B/S2C-AP1Q2B/2A).

- QTY : Quantité conditionnée.

- CAT : Code de catégorie d'intensité lumineuse (ex. : Q2).

- HUE : Code de catégorie de longueur d'onde dominante (ex. : D10).

- REF : Code de catégorie de tension directe (ex. : 1).

- LOT No. : Numéro de lot de fabrication pour la traçabilité.

8. Suggestions d'application et considérations de conception

8.1 Applications typiques

• Rétroéclairage :Indicateurs de tableau de bord, éclairage d'interrupteurs, claviers.
• Télécommunications :Indicateurs d'état et rétroéclairage dans les téléphones, télécopieurs et équipements réseau.
• Électronique grand public :Indication de symboles et d'état dans divers appareils portables et fixes.
• Indication générale :Toute application nécessitant un indicateur orange brillant et fiable.

8.2 Considérations de conception critiques

1. Limitation de courant :Une résistance de limitation de courant externe estabsolument obligatoire. La caractéristique exponentielle V-I de la LED signifie qu'une petite augmentation de tension peut provoquer une augmentation importante et destructrice du courant. La valeur de la résistance (R) est calculée en utilisant la loi d'Ohm : R = (Valim - VF) / IF, où VF doit être la valeur maximale de la catégorie (ex. : 2,35V) pour assurer un fonctionnement sûr dans toutes les conditions.
2. Gestion thermique :Prenez en compte les courbes de déclassement. Dans les environnements à température ambiante élevée ou si elle est alimentée près du courant maximal, assurez-vous d'une surface de cuivre PCB adéquate ou d'autres moyens pour dissiper la chaleur et maintenir la température de jonction dans des limites sûres.
3. Protection contre les ESD :Bien que classée pour 2000V HBM, l'intégration de diodes de suppression de tension transitoire (TVS) ou de résistances sur les lignes sensibles dans des environnements sujets aux ESD (ex. : indicateurs accessibles à l'utilisateur) est une bonne pratique.
4. Conception optique :Le large angle de vision de 130° offre une bonne visibilité hors axe. Pour les applications nécessitant un faisceau plus focalisé, des optiques secondaires (lentilles) seraient nécessaires.

9. Comparaison et différenciation techniques

La 23-21B, basée sur la technologie AlGaInP, offre des avantages distincts pour les applications de couleur orange/rouge par rapport à d'autres technologies comme les LED blanches à conversion de phosphore ou les anciens dispositifs GaAsP.

• vs. LED à conversion de phosphore :L'AlGaInP offre une efficacité lumineuse plus élevée et une pureté de couleur plus saturée dans le spectre orange-rouge sans les pertes d'efficacité associées à la conversion de phosphore.
• vs. Anciennes LED GaAsP :La technologie AlGaInP offre une luminosité nettement plus élevée et une meilleure stabilité thermique.
• vs. LED à broches plus grandes :Le boîtier CMS permet un assemblage automatisé, réduit l'espace sur la carte et améliore la fiabilité en éliminant les broches pliées et les erreurs d'insertion manuelle.
• Différenciateur clé :La combinaison d'une couleur orange brillant spécifique provenant d'un semi-conducteur à émission directe, d'un boîtier CMS compact et de la conformité aux réglementations environnementales modernes (RoHS, sans halogène) le rend adapté aux conceptions électroniques contemporaines.

10. Questions fréquemment posées (basées sur les paramètres techniques)

Q1 : Quelle valeur de résistance dois-je utiliser avec une alimentation de 5V ?

R1 : En utilisant la VF maximale dans le pire des cas de 2,35V et un IF souhaité de 20mA : R = (5V - 2,35V) / 0,020A = 132,5 Ohms. La valeur standard supérieure la plus proche (ex. : 150 Ohms) serait un choix sûr, résultant en IF ≈ 17,7mA.

Q2 : Puis-je alimenter cette LED à 30mA pour plus de luminosité ?

R2 : La caractéristique maximale absolue pour le courant direct continu est de 25mA. Fonctionner à 30mA dépasse cette valeur, ce qui peut réduire la fiabilité et la durée de vie, provoquer une chaleur excessive et potentiellement entraîner une défaillance immédiate. Fonctionnez toujours dans les limites spécifiées.

Q3 : La catégorie d'intensité lumineuse est Q2 (90-112 mcd). Quelle sortie puis-je attendre dans ma conception ?

R3 : Vous pouvez concevoir de manière conservatrice pour la valeur minimale de 90 mcd. Le dispositif réel que vous recevrez sera entre 90 et 112 mcd. La tolérance de ±11% s'applique aux limites de la catégorie, donc un dispositif spécifique étiqueté Q2 pourrait théoriquement être aussi bas que ~80 mcd ou aussi haut que ~124 mcd, bien qu'il sera dans la plage Q2.

Q4 : Comment interpréter le graphique du profil de soudure ?

R4 : Le graphique montre la température (axe Y) en fonction du temps (axe X). Votre four de refusion doit être programmé de sorte que la température mesurée au niveau des pattes de la LED suive cette trajectoire : un préchauffage graduel, une montée en température contrôlée, un temps spécifique au-dessus du point de fusion de la soudure (217°C), un pic de température contrôlé (≤260°C) et un refroidissement contrôlé. S'écarter significativement, surtout en dépassant les limites de temps à température, peut endommager la LED.

11. Cas pratique de conception et d'utilisation

Scénario : Conception d'un panneau d'indicateurs d'état avec plusieurs LED orange.

1. Sélection des catégories :Pour une apparence uniforme, spécifiez des catégories serrées à la fois pour la longueur d'onde dominante (HUE, ex. : D10 uniquement) et l'intensité lumineuse (CAT, ex. : Q1 uniquement). Cela garantit que tous les indicateurs ont une couleur et une luminosité presque identiques.
2. Conception du circuit :Utilisation d'une alimentation de microcontrôleur 3,3V. En supposant la catégorie VF "1" (max 2,15V) et visant 15mA pour une consommation électrique plus faible : R = (3,3V - 2,15V) / 0,015A = 76,7 Ohms. Utilisez une résistance de 75 Ohms. Puissance dans la résistance : (1,15V^2)/75Ω ≈ 18mW. Utilisez une résistance de 1/10W ou plus.
3. Implantation PCB :Placez la LED selon le patron de pastilles recommandé. Incluez une petite zone de cuivre connectée à la pastille de la cathode pour aider à la dissipation thermique, surtout si plusieurs LED sont placées proches les unes des autres.
4. Assemblage :Gardez les bobines dans des sacs scellés jusqu'à leur chargement dans la machine pick-and-place. Suivez précisément le profil de refusion. Après l'assemblage, évitez de plier le PCB près des LED.

12. Introduction au principe de fonctionnement

La LED 23-21B fonctionne sur le principe de l'électroluminescence dans une jonction p-n semi-conductrice. La région active est composée de couches d'AlGaInP (Phosphure d'Aluminium Gallium Indium) cultivées par épitaxie sur un substrat. Lorsqu'une tension directe dépassant le potentiel interne de la jonction est appliquée, les électrons de la région de type n et les trous de la région de type p sont injectés dans la région active. Ici, ils se recombinent de manière radiative, libérant de l'énergie sous forme de photons (lumière). La composition spécifique de l'alliage AlGaInP détermine l'énergie de la bande interdite, qui dicte directement la longueur d'onde (couleur) de la lumière émise - dans ce cas, l'orange brillant (~611 nm). La résine époxy transparente encapsule la puce, fournit une protection mécanique et agit comme une lentille primaire façonnant le diagramme de sortie lumineuse.

13. Tendances technologiques et contexte

Les LED CMS comme la 23-21B représentent la technologie de conditionnement dominante pour les applications d'indication et d'éclairage basse puissance, ayant largement remplacé les LED traversantes. La tendance dans ce secteur continue vers :

- Miniaturisation :Des empreintes de boîtier encore plus petites (ex. : 0402, 0201 métrique) pour les cartes à ultra-haute densité.

- Efficacité accrue :Des améliorations continues dans la croissance épitaxiale et la conception des puces donnent une efficacité lumineuse plus élevée (plus de lumière par watt électrique).

- Fiabilité améliorée :Des matériaux et procédés de conditionnement améliorés conduisent à des durées de vie opérationnelles plus longues et à de meilleures performances dans des conditions environnementales difficiles (température, humidité).

- Intégration :Croissance des boîtiers multi-puces (RGB, multicolores) et des LED avec contrôleurs intégrés (CI) pour les applications d'éclairage intelligent.

- Spectre élargi :Développement de matériaux semi-conducteurs pour produire efficacement des couleurs sur tout le spectre visible et dans l'ultraviolet (UV) et l'infrarouge (IR). Alors que l'AlGaInP domine la gamme rouge-orange-ambre-jaune, d'autres matériaux comme l'InGaN sont utilisés pour les LED bleues, vertes et blanches.

La 23-21B s'inscrit dans ce paysage comme un composant fiable et standardisé offrant un équilibre entre performance, taille et coût pour sa couleur cible et sa plage d'application.